硬車不僅可用于零件的精加工,如加工軸承軸頸和座圈、剎車鼓和轉(zhuǎn)子、氣缸襯墊、齒輪和花鍵,也可用于這些零件磨削前的半精加工。如果正確應(yīng)用,硬車就可達(dá)到微米級的精度。在很多應(yīng)用案例中,硬車比外圓磨削的效率更高、成本更低。

  對硬車的定義因人而異。一些行業(yè)專家認(rèn)為,單刃車削HRC58-68的淬硬鋼為硬車;另一些專家則認(rèn)為,車削HRC45以上的材料(包括硬鐵和超合金)為硬車。但人們一致認(rèn)為,只要使用正確的刀具、機(jī)床和工藝參數(shù),車削硬材料所面臨的困難就可迎刃而解。

  

  

  圖1 鏜孔加工硬度達(dá)66HRC的超小零件，不使用PCBN刀具而使用了珩磨(鼠標(biāo)懸浮窗口放大，單擊查看放大全圖)

刀具選擇

  的教育和技術(shù)服務(wù)經(jīng)理DonGraham指出,如果工藝系統(tǒng)的剛性足夠并且使用正確的切削參數(shù),可轉(zhuǎn)位PCBN刀片通常是最佳選擇。

  PCBN刀片的初始切削線速度宜選為600sfm。推薦盡可能選擇雙面圓刀片,刀片磨損時可轉(zhuǎn)位旋轉(zhuǎn)繼續(xù)使用。因視切削深度的不同,圓刀片的一個單面可轉(zhuǎn)位使用10-20次。一些生產(chǎn)車間可能不接受PCBN圓刀片的高價格,可推薦帶PCBN刀尖的刀片或使用山高的超硬質(zhì)合金材質(zhì)刀片。

  Graham同時指出,的TH硬質(zhì)合金可切削硬度達(dá)65HRC的材料。與PCBN不同的是,硬質(zhì)合金可提供眾多的刀片幾何形狀和斷屑槽型,而且硬質(zhì)合金不易斷裂,在一些應(yīng)用場合更適合使用。比如車削表面硬化的軸零件時,可能切到更軟的材料層,會使刀具刃口迅速崩刃,這對PCBN刀片很不利。

  

  

  圖2 組合車削和磨削的立式車床(鼠標(biāo)懸浮窗口放大，單擊查看放大全圖)

  盡管初看起來硬質(zhì)合金刀片更便宜,但PCBN刀片的每刃口價格更具優(yōu)勢。Graham指出,PCBN刀片可能比硬質(zhì)合金刀片貴10-25倍,但PCBN刀片的切削壽命是硬質(zhì)合金刀片的50-100倍。除此之外,PCBN刀片還帶來了更高的生產(chǎn)效率。因此,PCBN刀片才是硬車的優(yōu)先選擇。

  可轉(zhuǎn)位陶瓷刀片是另一選擇。的應(yīng)用工程師JackKohler指出,陶瓷刀具的價格已經(jīng)降到PCBN和硬質(zhì)合金刀具價格之間。在一些應(yīng)用場合,陶瓷刀片可提供與PCBN相同或更好的切削性能。陶瓷刀具切削HRC50-65的材料時表現(xiàn)十分良好,切削速度可與PCBN刀具媲美。例如切削HRC55的A-2工具鋼時,線速度可達(dá)700sfm,只是刀具壽命略低。

  Kohler還指出,陶瓷刀具加工高溫合金如Inconel 718和Hastelloy的使用量正在日益增加。但陶瓷刀具不能用于加工鈦合金,因?yàn)樘沾傻毒叩那邢魉俣容^高,切屑容易燃燒。不管切削何種金屬,為了增加刃口強(qiáng)度和預(yù)防崩刃,陶瓷刀具的刃口處理通常為很小的倒圓或倒角,或?yàn)榈箞A、倒角的組合。

  陶瓷刀具加工硬材料時應(yīng)采用干式切削。Kohler指出,對于大多數(shù)的淬硬鋼加工,推薦使用的CVD涂層氮化硅材質(zhì)WG-600,該材質(zhì)是晶須增強(qiáng)材質(zhì)WG-300的涂層版本。針對高性能的粗加工和斷續(xù)切削,可選新設(shè)計的相變增韌陶瓷材質(zhì)XSYTIN-1。

鏜孔和外圓車削

  對于硬車內(nèi)圓和外圓的不同,一般的共識是不論材料硬度如何,鏜孔比外圓車削更困難。相比外圓車刀,鏜桿剛性更差,易造成振動和刀具彎曲。而且因?yàn)閮?nèi)孔空間狹小,排屑困難,還會導(dǎo)致內(nèi)部冷卻不充分和工件擦傷。此外,對于車削小尺寸零件內(nèi)孔(如沉孔)時,要達(dá)到PCBN和陶瓷刀具要求的高切削速度也會更加困難。

  專家公認(rèn)的解決方法是盡量選用長徑比(L:D)不超過4:1的鏜桿。鏜刀應(yīng)位于孔的中心線上或略高一點(diǎn)(0.0003"),以抵消鏜桿的變形。盡可能采用主偏角為90毅的刀具,使切削力方向與切削方向相反。

  Horn USA公司的區(qū)域銷售Mike Csiz ** r指出,內(nèi)圓車削時常被忽略的因素是車削時的軸向、徑向和切向分力;外圓車削時也是如此,鏜孔時隨著鏜桿長徑比L:D的增加,這些分力會更加明顯地影響尺寸精度。如果可能,優(yōu)選軸向(Z軸)分力切削。通過實(shí)踐可知,切深應(yīng)等于或大于刀尖半徑,可有效地控制振動和尺寸精度,充分發(fā)揮刀具的切削效果。

提高精度

  的應(yīng)用工程經(jīng)理Tom Sheehy指出,硬車幾乎可在任何車床上進(jìn)行,并帶來許多好處。它可帶來較低的設(shè)備投入、較少的工裝和刀具庫存、更快的生產(chǎn)周期和更大的工藝靈活性。但由于大部分的CNC車床不能達(dá)到外圓磨削機(jī)床的高尺寸和形位精度，因此很多生產(chǎn)車間僅在磨削前用硬車來半精加工零件。

  

  

  圖3 帶PCBN材質(zhì)刀尖的刀片車削零件(鼠標(biāo)懸浮窗口放大，單擊查看放大全圖)

CNC磨床通常用來實(shí)現(xiàn)1μm (0.00004")的圓度、±2.5μm (0.0001")的直徑公差、8rm或更高的表面光潔度。Sheehy指出,CNC車床能與磨床競爭的唯一優(yōu)勢是CNC車床從設(shè)計開始就是為了用于硬車。哈挺的超精密車床可提供0.1μm可編程分辨率,軸向誤差通過電子方法得到補(bǔ)償。機(jī)床內(nèi)的所有接觸面均由手工刮削,線性導(dǎo)軌和滾珠絲杠的尺寸也比較大,機(jī)床底座通過充滿復(fù)合聚合物來減振。這樣不僅可帶來高精度、高剛性以取代磨削工藝,還可增加30%的硬車刀具壽命。盡管機(jī)床擁有硬車能力,但一些零件并不適用于硬車。例如,軸承密封通常用磨削加工,可防止車削時刀尖形成的顯微溝槽而導(dǎo)致漏液的可能性。車磨組合機(jī)床包括哈挺在內(nèi)的一些機(jī)床制造商提供車磨組合機(jī)床,并對客戶給出的零件提供可信賴的工藝建議。另一家機(jī)床制造商EMAG LLC USA也提供磨削和硬車的組合機(jī)床。的銷售總監(jiān)Kirk Stewart認(rèn)為,硬車提供了改進(jìn)生產(chǎn)效率和零件質(zhì)量的許多機(jī)遇,恰當(dāng)?shù)臋C(jī)床設(shè)計是成功的關(guān)鍵。圖4 用陶瓷刀片進(jìn)行干式車削,車刀柄立式安裝,使切削力向下進(jìn)入機(jī)床的承載面(鼠標(biāo)懸浮窗口放大，單擊查看放大全圖)Stewart指出,由磨削變?yōu)橛曹嚨囊粋€重大好處是減少了設(shè)備投資,但磨削也有其適用的地方。例如,高效率地同時磨削加工多個零件的特征,非常適用于大批量生產(chǎn)。因此,在大批量的生產(chǎn)環(huán)境中,當(dāng)只有一兩個零件需要精加工時,硬車或是一種節(jié)省資金投入的好工藝。換言之,具有車磨組合配置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(如EMAG公司的機(jī)床),對中等批量的生產(chǎn)具有非常大的吸引力。